JP2003322096A

JP2003322096A - 流体機械の流量制御方法

Info

Publication number: JP2003322096A
Application number: JP2002128276A
Authority: JP
Inventors: Masashi Yamauchi; 正史山内; Takayuki Kobayashi; 高行小林
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2003-11-14
Anticipated expiration: 2022-04-30
Also published as: JP3583115B2

Abstract

(57)【要約】【課題】広い流量制御範囲において安定的に高効率で
流量制御することができる流体機械の流量制御方法を提
供することを目的とする。【解決手段】流体機械に吸い込まれる流体の吸込状態
を示す吸込状態量に基づいて予め設定された流体の吸込
流量Ｑを容積流量に換算した設定吸込容積流量Ｑｔを演
算し、該設定吸込容積流量Ｑｔになるように可変速案内
羽根の開度を制御する開度制御と、流体機械が流体を圧
縮することによって得られる流体機械の等エントロピー
ヘッドＨを演算し、該等エントロピーヘッドＨと設定吸
込容積流量Ｑｔとに基づいて流体機械の被駆動軸の目標
回転速度ＳＩｉを演算し、流体機械の被駆動軸の回転速
度ＳＩを目標回転速度ＳＩｉになるように制御する回転
速度制御とを組み合わせて制御するようになしてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体を圧送するタ
ーボ形ブロワおよび圧縮機などの流体機械の流量制御方
法に関する。

【０００２】

【従来技術】従来より、流体を圧送する流体機械の入口
に設けられる可変入口案内羽根の開度および流体機械の
被駆動軸の回転速度を制御することによって流体機械の
運転を制御する運転制御方法がいくつか提案されてい
る。

【０００３】例えば、この種の従来技術である、特開昭
５６−６６４９０号公報では、流体機械の運転状態に対
応した運転効率が最適になるように流体機械の入口に備
える可変入口案内羽根の開度と流体機械の被駆動軸の回
転速度とを演算して、この演算結果に基づいて可変入口
案内羽根の開度と流体機械の被駆動軸の回転速度とを制
御している。

【０００４】また、特開平９−１３３０９３号公報で
は、流体機械の設計流量より小流量で発生するサージン
グなどの運転状態の変動を迅速かつ精度良く検出して安
定な作動を行わせるように流体機械の可変入口案内羽根
の開度と流体機械の被駆動軸の回転速度とを制御してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の流体機械の運転
制御方法は、いずれも流体機械の効率または運転の安定
性のみに着目されたものであり、流体機械の流量制御範
囲を広くすることについて考慮されていない。しかしな
がら、上記の流体機械が使用される曝気設備などの定圧
力特性を有するプラントでは、流体機械の効率および運
転の安定性だけでなく、広い流量制御範囲を確保するこ
とについても要望がある。特に、流体機械に吸い込まれ
る流体の流量が少ない場合または流体機械に吸い込まれ
る流体の吸込温度が上昇する場合において、流体機械か
ら圧送される流体の吐出圧力がプラントに必要な圧力に
維持されることが重要である。

【０００６】本発明は、以上の要望に鑑みてなされたも
のであり、流体機械から圧送される吐出圧力をプラント
に必要な圧力に維持しながら広い流量制御範囲において
安定的に高効率で流量制御することができる流体機械の
流量制御方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、流体機械に取り付けられる可変案内羽
根の開度と、流体機械の被駆動軸の回転速度とを制御す
ることによって、流体機械に吸い込まれる流体の流量を
制御する流体機械の流量制御方法において、流体機械に
吸い込まれる流体の吸込状態を示す吸込状態量に基づい
て予め設定された流体の吸込流量を容積流量に換算した
設定吸込容積流量を演算し、流体機械に吸い込まれる流
体の流量が設定吸込容積流量になるように可変案内羽根
の開度を制御する開度制御と、前記流体機械が前記流体
を圧縮することによって得られる前記流体機械の等エン
トロピーヘッドを演算し、該等エントロピーヘッドと設
定吸込容積流量とに基づいて流体機械の被駆動軸の目標
回転速度を演算し、流体機械の被駆動軸の回転速度を目
標回転速度になるように制御する回転速度制御とを組み
合わせて制御することを特徴とする。

【０００８】ここで、上記の「吸込状態量」は、流体機
械に吸い込まれる流体の吸込温度であってもよい。ま
た、その他のものとして、流体機械に吸い込まれる流体
の吸込圧力および湿度、または吸込圧力若しくは湿度な
ども併せて使用することもできる。また、「等エントロ
ピーヘッド」とは、流体機械に吸い込まれる流体が等エ
ントロピー圧縮される過程において加えられる流体の単
位重量あたりの最少仕事である。

【０００９】この構成によれば、流体機械の可変案内羽
根の開度制御によって、流体機械に吸い込まれる流体の
流量が調整される。また、流体機械の被駆動軸の回転速
度を制御することによって、流体機械から圧送される流
体の吐出圧力を所定の値に維持する。これにより、流体
機械の可変案内羽根によって調整される小流量域におい
て、流体機械の吐出圧力が所定の値に満たない場合、流
体機械の被駆動軸の回転速度を上昇させることにより所
定の値を確保することができる。また、流体機械の昇圧
能力が所定の値より大きい場合には、流体機械の被駆動
軸の回転速度を下げることにより所定の値を確保するこ
とができる。このように流体機械の流量制御範囲を拡張
することができる。ここで、「所定の値」とは、流体機
械が設置されるプラントが必要とする圧力である。

【００１０】より具体的には、流体機械の可変案内羽根
の開度制御は、上記の「設定吸込容積流量」をパラメー
タとして行われいる。また、流体機械の被駆動軸の回転
速度制御は、「吸込容積流量と等エントロピーヘッド」
とをパラメータとして行われている。

【００１１】上記の「吸込容積流量と等エントロピーヘ
ッド」の関係は流体機械固有のものであり、その特性は
回転速度一定の下では流体機械に吸い込まれる流体の吸
込温度および吸込圧力など（吸込状態）に影響されない
一定の関係を有する。また、流体機械の吸込容積流量
は、流体機械の被駆動軸の回転速度比に略比例し、流体
機械の等エントロピーヘッドは、流体機械の被駆動軸の
回転速度比の２乗に略比例する。以上より、流体機械の
吸込容積流量と等エントロピーヘッドとから流体機械の
被駆動軸の必要回転速度が容易に予測することができ
る。なお、上記の吸込容積流量と等エントロピーヘッド
とで表された流体機械の特性は、流体機械の被駆動軸の
回転速度をパラメータとして、流体機械の性能試験によ
って予め作成され、流体機械を制御する制御器に記憶さ
れている。また、これらの特性は、流体機械の安定的な
運転および良い効率を得ることが考慮されている。

【００１２】そして、本発明では、上記の流体機械の特
性を用いて、流体機械の「設定吸込容積流量」および
「等エントロピーヘッド」から流体機械の被駆動軸の目
標回転速度を算出し、流体機械の被駆動軸の回転速度が
目標回転速度になるように制御している。

【００１３】以上より、流体機械が適用されるプラント
に必要な流量が大きく変更される場合であっても本発明
に係る流体機械の流量制御方法は十分対応することがで
きる。

【００１４】また、本発明では、流体機械の流入通路お
よび流出通路、または流入通路若しくは流出通路に介在
する可変案内羽根の開度を制御することによって流体機
械に吸い込まれる流体の流量を制御することもできる。

【００１５】一般的に、流体機械の流入通路に介在する
可変案内羽根は「インレットガイドベーン」と、流体機
械の流出通路に介在する可変案内羽根は「ディフュザー
ベーン」と呼ばれている。両者ともに流体機械に吸い込
まれる流体の流量を制御する場合に使用され、特に、前
者は流体機械の部分負荷効率を良くする場合に使用さ
れ、後者は流体機械の流量制御範囲を広くする場合に使
用される。従って、流体機械の使用目的に応じてこれら
の可変案内羽根を適宜選択する。これにより、流体機械
の流量制御範囲を広くしたり、部分負荷効率を良くした
りすることができる。なお、「部分負荷効率」とは、設
計点における流体機械に吸い込まれる流量を１００％と
した場合、例えば、５０％の流量（部分負荷）で流体機
械を運転する場合の効率をいう。

【００１６】また、本発明は、流体機械の設定吸込容積
流量が予め設定された可変案内羽根固定値を越えると
き、可変案内羽根の開度を固定し、流体機械の被駆動軸
の回転速度のみ制御することもできる。

【００１７】この構成によれば、流体機械に吸い込まれ
る流体の設定吸込容積流量が予め設定した可変案内羽根
固定値を越えるとき、可変案内羽根の開度が固定される
ので、流体機械の被駆動軸の回転速度のみにより流量制
御を行うことができる。一方、可変案内羽根固定値以下
では、流体機械の被駆動軸の回転速度と可変案内羽根の
開度とを制御パラメータとして流量制御を行うことがで
きる。なお、「可変案内羽根固定値」は、流体機械の効
率が高効率となる点を選択する。これにより、流体機械
に吸い込まれる流体の流量制御範囲を広くした場合であ
っても、全流量制御範囲において高い効率を維持するこ
とができる。

【００１８】すなわち、流体機械の被駆動軸の回転速度
と可変案内羽根の開度とによる流量制御方法を用いて広
範囲の流量制御範囲を網羅する場合、流体機械に吸い込
まれる流体の流量が少なくなると効率は低下するが、こ
の流量制御範囲を狭めることにより、小流量域での効率
の低下を防ぐことができる。一方、流体機械の被駆動軸
の回転速度による流量制御方法を用いて広い流量制御範
囲を網羅する場合、流体機械に吸い込まれる流体の流量
を多くすると効率が低下するが、流量制御範囲を狭める
ことにより、高い流量域での効率の低下を防止すること
ができる。従って、流体機械の被駆動軸の回転速度と可
変案内羽根の開度とによる流量制御方法と流体機械の被
駆動軸の回転速度による流量制御方法を適宜組み合わせ
ることにより、流体機械に、広い流量制御範囲で高い効
率を維持させることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】別紙図面に基づいて、本発明の実
施の形態について説明する。

【００２０】図１は、本発明に係る流量制御方法が適用
される流体機械の縦断面図である。なお、ここでは、流
体機械である送風機の一例として、ターボ形単段ブロワ
を例に説明するが、その他の流体機械に適用しても構わ
ない。

【００２１】流体機械１は、渦巻き状のケーシング１１
を有し、該ケーシング１１内には、径方向外方に向けて
複数の羽根を備え、回転することによって流入する流体
を昇圧する羽根車１２が収納されている。ケーシング１
１の略中央部には、流入通路１３が接続され、その途中
に略扇形状をなし、羽根車１２に流入する流体の流入方
向と流入通路１３の開口面積を調整する入口案内羽根１
４（可変案内羽根）が、流入通路１３の周方向に複数配
置されている。また、羽根車１２の径方向外方には、羽
根車１２で昇圧された流体が滑らかに流出する方向に沿
って複数の出口案内羽根１５が周設されている。各出口
案内羽根１５間には、径方向外方に滑らかな拡大流路が
形成されている。ケーシング１１には、流体が流出する
流出通路１６が取り付けられている。

【００２２】このような構成によれば、流体機械１の羽
根車１２が回転することによって、図１の矢符ＧＩＮが
示すように流体が流入通路１３を介して入口案内羽根１
４に導入される。該入口案内羽根１４を流体の流入方向
に対して開閉することにより、入口案内羽根１４の下流
の羽根車１２に流体が流入する方向を調整する。これに
より、流体機械１の効率の良い流量制御を行うことがで
きる。そして、羽根車１２に流入した流体は、径方向外
方に向かって昇圧され、出口案内羽根１５に流入する。
出口案内羽根１５も、流体の流入方向に対して開閉する
ことができ、これにより羽根車１２から流出する流体の
速度エネルギを効率よく圧力変化させるとともに、出口
案内羽根１５の出口から流出する流体の流量を調整する
ことができる。出口案内羽根１５から流出した流体は、
図１の矢符ＧＯＵＴが示すように流出通路１６から下流
に連設される通路（図示せず）に流出する。

【００２３】図２は、流体機械１の制御系の構成につい
て示している。流体機械１の流入通路１３には、流量計
測器３０、圧力計測器３１および温度計測器３２が設け
られ、流出通路１６には、圧力計測器３３が設けられて
いる。羽根車１２には、被駆動軸１７を介して駆動機１
８が取り付けられており、被駆動軸１７には、回転速度
計３４が設けられている。これらの計測器３０〜３４
は、それぞれ回線５１〜５５を介して制御器５０に接続
され、各計測器からの信号が制御器５０に入力されてい
る。該制御器５０は、回線５８を介してアクチュエータ
２２と接続され、該アクチュエータ２２は、制御器５０
からの信号に基づいて入口案内羽根１４を伝達機構２１
を介して開閉する。また、制御器５０は、駆動機１８と
回線５６を介して接続され、制御器５０からの信号に基
づいて駆動機１８に接続される被駆動軸１７の回転速度
を制御する。さらに、制御器５０は、回線５７を介して
アクチュエータ２０と接続され、該アクチュエータ２０
は、制御器５０からの信号に基づいて出口案内羽根１５
を伝達機構１９を介して開閉する。

【００２４】以上のように構成される流体機械１の流量
制御方法について図２、図３および図４を参照しながら
以下に説明する。なお、以下の説明では、上記の入口案
内羽根１４の制御と回転速度制御の組合せを一例として
説明する。

【００２５】図３は、本発明に係る第１の流量制御方法
のフローチャートである。まず、ステップＢ１では、流
体機械１に吸い込まれる流体の基準状態における吸込流
量Ｑを設定する。「基準状態」とは、流体機械１に吸い
込まれる流体の温度および圧力が、例えば、０℃、１ａ
ｔｍのように所定の温度および圧力である場合をいう。
ここでは、説明簡単化のため基準状態として「基準温
度」を用いる。

【００２６】次に、ステップＢ２では、流量計測器３
０、圧力計測器３１および温度計測器３２を用いて、流
体機械１に吸い込まれる流体の吸込容積流量ＦＩ、吸込
圧力ＰＩおよび吸込温度ＴＩをそれぞれ計測する。同様
に、流体機械１から圧送される流体の吐出圧力ＰＯおよ
び流体機械１の被駆動軸１７の回転速度ＳＩをそれぞれ
計測する。

【００２７】その後ステップＢ３〜Ｂ６およびステップ
Ｂ７〜Ｂ１１が並行して処理される。

【００２８】具体的には、ステップＢ３では、ステップ
Ｂ１において設定した吸込流量Ｑを式（１）に基づいて
吸込温度ＴＩにより修正した設定吸込容積流量Ｑｔを算
出する。

【００２９】Ｑｔ＝ＱｘＴＩ／基準温度（１）ステップＢ４では、ステップＢ３で算出した設定吸込容
積流量Ｑｔと計測された吸込容積流量ＦＩとを比較し
て、前者が後者より小さい場合には、ステップＢ５に示
すように入口案内羽根１４を閉め、前者が後者より大き
い場合には、ステップＢ６に示すように入口案内羽根１
４を開ける。その後、ステップＢ２に戻り、同様に、ス
テップＢ３〜Ｂ６が繰り返し行われる。

【００３０】以上のステップと並行して、ステップＢ７
では、計測された吸込温度ＴＩ、吸込圧力ＰＩおよび吐
出圧力ＰＯから等エントロピーヘッドＨが式（２）に基
づいて算出される。

【００３１】

【数１】

【００３２】ここで、g：重力加速度、ｎ：等エントロ
ピー体積指数、Ｒ：ガス定数である。ステップＢ８で
は、等エントロピーヘッドＨおよびステップＢ３で算出
した設定吸込容積流量Ｑｔを用いて流体機械１の被駆動
軸１７の目標回転速度ＳＩｉを算出する。ここで、流体
機械１の被駆動軸１７の回転速度（Ｎ１〜Ｎ５）をパラ
メータとした等エントロピーヘッドＨおよび設定吸込容
積流量Ｑｔとの関係は、流体機械１の単体固有のもので
ある。これらの関係は、予め行われる流体機械１の性能
試験により求められ、上記の制御器５０に記憶されてい
る。上記の関係は、例えば、図４のように示すことがで
きる。図４の横軸および縦軸は、それぞれ吸込容積流量
および等エントロピーヘッドである。また、図４中の実
線は、流体機械１の被駆動軸１７の回転速度（Ｎ１〜Ｎ
５、Ｎ１＞Ｎ５）をパラメータとした特性曲線である。
この特性曲線によれば、例えば、等エントロピーヘッド
Ｈと、吸込容積流量Ｑｔとである場合、目標回転速度Ｓ
ＩｉはＮ２となる。ここでは、図で示してあるが、関数
またはデータなどで制御器５０に記憶しても構わない。

【００３３】ステップＢ９では、ステップＢ８において
算出された目標回転速度ＳＩｉと計測された回転速度Ｓ
Ｉとを比較する。前者が後者より大きい場合、ステップ
１０に示すように流体機械１の被駆動軸１７の回転速度
ＳＩを上昇させる。また、前者が後者より小さい場合、
ステップＢ１１に示すように流体機械１の被駆動軸１７
の回転速度ＳＩを下降させる。その後、ステップＢ２に
戻り、同様に、ステップＢ７〜Ｂ１１が繰り返し行われ
る。

【００３４】以上のように、ステップＢ２〜Ｂ１１が繰
り返し行われるフィードバック制御を行うことにより、
計測される吸込容積流量ＦＩがステップＢ１において設
定した吸込流量Ｑになるように制御する。

【００３５】次に、本実施の形態に係る第１の流量制御
方法の効果について図５および図６に基づいて説明す
る。

【００３６】まず、図５に基づいて、入口案内羽根１４
のみを用いて流体機械１に吸い込まれる流体の流量制御
を行う場合の流体機械１の一般的な特性を説明する。図
５中、横軸の流量（％）は、流体機械１に吸い込まれる
流体の設計吸込容積流量Ｑｄに対する吸込容積流量ＦＩ
の割合を示している。また、縦軸は、流体機械１の効率
と吐出圧力ＰＯとを示している。

【００３７】図５では、流体機械１の被駆動軸１７の回
転速度Ｎを一定として、流体機械１の吐出圧力ＰＯと流
量（％）との特性曲線および流体機械１の効率と流量
（％）との特性曲線が、流体機械１の入口案内羽根開度
ＩＧＶを制御パラメータとしてそれぞれ実線で記載され
ている。各特性曲線は、右肩下がりの曲線であり、流体
機械１の運転可能な範囲を示している。図５中の特性曲
線の左端の点を結んだ一点鎖線は、流体機械１のサージ
ラインＳＬ１を示している。該サージラインＳＬ１の左
側の領域は、流体機械１がサージングを起こし安定的な
運転を行うことができない領域を示している。

【００３８】このような特性を持った流体機械１におい
て、例えば、流体機械１の吐出圧力ＰＯがＰｏとして、
流体機械１の流量制御範囲を略５０％〜１００％（Ｃ１
〜Ｃ２の実線で示す）とすると、これに対応する流体機
械１の予想効率軌跡は、図５の上図が示すようにＣ１〜
Ｃ２の実線のように推移する。これらの値は、いずれも
流体機械１の各入口案内羽根開度ＩＧＶに対する流体機
械１の最高効率より低い。一方、流体機械１の効率を各
入口案内羽根開度ＩＧＶに対して最高効率になるように
流体機械１を運転しようとすると、図５の下図が示すよ
うにＥ１〜Ｅ２のように流量制御範囲が狭くなる。従っ
て、流体機械１の入口案内羽根開度ＩＧＶのみを制御パ
ラメータとして流体機械１の流量制御を行う場合、流体
機械１を高効率かつ安定的に広い範囲で流量制御を行う
ことは難しいことを示している。

【００３９】ところが、本発明に係る第１の流量制御方
法では、流体機械１の流量制御に対して図６の実線に示
すような特性曲線を有しており、上記の流量制御に比べ
て広い流量制御範囲で流体機械１が高効率かつ安定的に
運転できることを示している。なお、図６中の破線は、
図５に示した入口案内羽根開度ＩＧＶのみを制御パラメ
ータとして流体機械１を流量制御する場合の特性曲線で
ある。

【００４０】具体的には、入口案内羽根開度ＩＧＶが０
％であり、回転速度Ｎが設計回転速度に比べて１１２％
の場合の実線で示す右肩下がりの特性曲線は、同じ入口
案内羽根開度ＩＧＶに対応する破線で示す特性曲線に比
べて右側にシフトして上側に延びている。その結果、流
体機械１に吸い込まれる流体の流量制御範囲を区間Ｅ１
〜Ｅ２（ＳＬ１との交点）から区間Ｅ１〜Ｅ３のように
広くすることができる。また、区間Ｅ１〜Ｅ３に対応す
る流体機械１の予想効率軌跡は、図６の上図に示すよう
に高効率点を結ぶ実線Ｄ１〜Ｄ３のように推移する。こ
れにより、流体機械１を広い流量制御範囲（この例で
は、流量（％）が４０％である）において安定的に高効
率で運転することができる。ここで、実線で示す流体機
械１の特性曲線は、流体機械１の運転可能な限界を示す
サージラインＳＬ２が、所定の吐出圧力（図６中のＰ
ｏ）以上であり、そのサージラインＳＬ２近傍の流体機
械の効率が高効率になるように設定してある。

【００４１】図７は、本発明に係る第２の流量制御方法
のフローチャートである。該流量制御方法は、第１の流
量制御方法とは、流体機械１に吸い込まれる流体の設定
吸込容積流量Ｑｔが所定の流量を越える場合に入口案内
羽根１４の開度を固定し、流体機械１の被駆動軸１７の
回転速度ＳＩのみを制御することが異なる。以下の説明
では、第１の流量制御方法と同等のステップには、同一
の符号を付し、詳細な説明は省略する。

【００４２】上記のステップＢ１〜Ｂ２を実施した後、
ステップＢ７〜Ｂ１１を実施する。これと並行してステ
ップＢ３が実施され、ステップＢ１２が実施される。該
ステップＢ１２では、ステップＢ３で算出した設定吸込
容積流量Ｑｔと設計吸込容積流量Ｑｄとの流量比を算出
し、この計算結果を予め設定された可変案内羽根固定値
ＳＥＴＶＡＬと比較する。ここで、「設計吸込容積流量
Ｑｄ」とは、流体機械１の設計時の流体機械１に吸い込
まれる流体の流量である。上記流量比が可変案内羽根固
定値ＳＥＴＶＡＬより小さい場合、上記のステップＢ４
〜Ｂ６が実施され、上記流量比が可変案内羽根固定値Ｓ
ＥＴＶＡＬより大きい場合、ステップＢ１６に示すよう
に入口案内羽根１４の開度を全開とし固定する。

【００４３】ステップＢ１６と並行して、ステップＢ１
３に示すように設定吸込容積流量Ｑｔと計測された吸込
容積流量ＦＩとを比較する。設定吸込容積流量Ｑｔが計
測された吸込容積流量ＦＩに比べて大きい場合、ステッ
プＢ１４に示すように流体機械１の被駆動軸１７の回転
速度を上昇させる。設定吸込容積流量Ｑｔが計測された
吸込容積流量ＦＩに比べて小さい場合、ステップＢ１５
に示すように流体機械１の被駆動軸１７の回転速度を下
降させる。

【００４４】これらの一連のステップＢ２〜Ｂ１６が繰
り返し行われるフィードバック制御により、計測される
吸込容積流量ＦＩがステップＢ１において設定した吸込
流量Ｑになるように制御される。

【００４５】次に、本発明に係る第２の流量制御方法の
効果について図８および図９に基づいて説明する。な
お、図８および図９の横軸および縦軸は、図５と同様、
それぞれ流量（％）並びに吐出圧力ＰＯおよび効率であ
る。

【００４６】まず、図８に基づいて、流体機械１の被駆
動軸１７の回転速度Ｎのみを制御パラメータとして流量
制御する場合の特性を説明する。図８中の実線は、流体
機械１の効率が高効率になるように設計された場合の特
性曲線を示し、図８中の破線は、流体機械１の効率に関
して全く考慮せず流量制御範囲が広くなるように設計し
た場合の特性曲線を示す。図８の下図が示すように、流
体機械１の吐出圧力ＰＯがＰｏである場合の流量制御範
囲は、区間Ｆ１〜Ｆ２（流量（％）：１００％〜８０
％）から区間Ｆ１〜Ｆ３（流量（％）：１００％〜６０
％）に広くすることができる。しかし、これらに対応す
る流体機械１の予想効率軌跡は、図８の上図が示すよう
に区間Ｆ１〜Ｆ２から区間Ｆ１〜Ｆ３に低下する。いず
れの予想効率軌跡も右肩下がりの曲線となっている。そ
して、流体機械１に吸い込まれる流体の流量が少ない領
域（Ｆ３点近傍）では、流体機械１の効率は略最高効率
である。すなわち、流体機械１の被駆動軸１７の回転速
度Ｎのみを制御パラメータとして高効率な運転を行うた
めには、狭い流量制御範囲に限定する必要がある。

【００４７】そこで、本発明に係る第２の流量制御方法
では、上記の点に着目し、流体機械１に吸い込まれる流
体の流量が多い領域のみ回転速度Ｎによる流量制御を行
い、それ以外の領域では、入口案内羽根開度ＩＧＶと回
転速度Ｎとにより流量制御を行うようにしたものであ
る。その特性曲線を図９に示す。同図では、流体機械１
の設計点を流量（％）が１００％の点としている。

【００４８】図９の下図の区間Ｇ１〜Ｇ２では、入口案
内羽根開度ＩＧＶを１００％に固定したまま流体機械１
の被駆動軸１７の回転速度Ｎを１００％から９６％に変
化させる。これに対応して、流体機械１の流量（％）が
１００％〜８０％に変化する。この時の流体機械１の予
想効率軌跡は、図９上図に示すように区間Ｇ１〜Ｇ２の
ように変化する。また、区間Ｇ２〜Ｇ３では、流体機械
１の入口案内羽根開度ＩＧＶと回転速度Ｎにより制御さ
れ、これに対応して流体機械１の流量（％）が８０％〜
４０％に変化させることができる。この場合の流体機械
１の予想効率軌跡は、図９の上図に示すように流体機械
１の区間Ｇ２〜Ｇ３のように変化する。以上の流体機械
１の予想効率軌跡は、いずれも略最高効率である。この
場合の流体機械１の予想効率軌跡の区間Ｇ１〜Ｇ２は、
図８の上図に示す予想効率軌跡の区間Ｆ１〜Ｆ２に対応
する。また、流体機械１の予想効率軌跡の区間Ｇ２〜Ｇ
３は、図６の上図に示す予想効率軌跡の区間Ｄ１〜Ｄ３
に対応する。ただし、記号Ｇ３に対応する効率は、区間
Ｄ１〜Ｄ３上の流量（％）が５０％である場合の効率に
対応する。このように、この実施の形態に係る第２の流
量制御方法によれば、流体機械１の流量制御範囲を広く
するだけでなく、流量制御範囲全体に亘って高効率を維
持することができる。なお、図９では、流体機械１の流
量制御方法を変える流量（％）、すなわち上記の可変案
内羽根固定値ＳＥＴＶＡＬを８０％としているが、７０
〜９０％が好ましい。しかしながら、可変案内羽根固定
値ＳＥＴＶＡＬを前記の値に限定するものではない。

【００４９】なお、ここでは、流体機械１の入口案内羽
根開度ＩＧＶと回転速度Ｎとを用いて流量制御する場合
について記述したが、これらの流量制御に替えて流体機
械１の出口案内羽根開度と回転速度とを用いて流量制御
を行うこともでき、同様の効果が得られる。さらに、上
記の流量制御に替えて、流体機械１の入口案内羽根開度
ＩＧＶ、出口案内羽根開度および回転速度を用いて流量
制御を行っても良く、この場合も同様の効果が得られ
る。

【００５０】

【発明の効果】本発明に係る流量制御方法は、流体機械
の可変案内羽根の開度制御および流体機械が流体を圧縮
することによって得られる流体機械の等エントロピーヘ
ッドと設定吸込容積流量とに基づいて行われる流体機械
の被駆動軸の回転速度制御により、広い流量制御範囲に
おいて安定的かつ高効率な流量制御を行ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る流量制御方法が適用される流体
機械の縦断面図である。

【図２】本発明に係る流量制御方法が適用される流体
機械の制御系の系統図である。

【図３】本発明に係る第１の流量制御方法のフローチ
ャートである。

【図４】流体機械の等エントロピーヘッド、吸込容積
流量および回転速度の関係を示す図である。

【図５】流体機械の入口案内羽根開度のみを制御パラ
メータとして流量制御を行う場合の流体機械の一般的な
特性を示す図である。

【図６】本発明に係る第１の流量制御方法を用いた場
合の流体機械の特性を示す図である。

【図７】本発明に係る第２の流量制御方法のフローチ
ャートである。

【図８】流体機械の回転速度を制御パラメータとして
流量制御を行う場合の流体機械の特性を示す図である。

【図９】本発明に係る第２の流量制御方法を用いた場
合の流体機械の特性を示す図である。

【符号の説明】

１流体機械１２羽根車１４入口案内羽根１５出口案内羽根１７被駆動軸１８駆動機２０アクチュエータ２２アクチュエータ３０流量計測器３１圧力計測器３２温度計測器３３圧力計測器３４回転速度計５０制御器Ｑ吸込流量Ｑｔ設定吸込容積流量Ｈ等エントロピーヘッドＳＩ回転速度ＳＩｉ目標回転速度

フロントページの続きＦターム(参考） 3H021 AA01 BA06 BA20 CA01 CA02 CA03 CA04 CA06 DA04 DA11 DA29 EA03 EA10 3H045 AA06 AA09 AA12 AA25 BA12 BA19 BA28 CA02 CA03 CA06 CA09 CA19 DA05 DA13 DA42 EA04 EA36

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体機械に取り付けられる可変案内羽根
の開度と、流体機械の被駆動軸の回転速度とを制御する
ことによって、流体機械に吸い込まれる流体の流量を制
御する流体機械の流量制御方法において、前記流体機械に吸い込まれる前記流体の吸込状態を示す
吸込状態量に基づいて、予め設定された前記流体の吸込
流量を容積流量に換算した設定吸込容積流量を演算し、
前記流体機械に吸い込まれる前記流体の流量が前記設定
吸込容積流量になるように前記可変案内羽根の開度を制
御する開度制御と、前記流体機械が前記流体を圧縮することによって得られ
る前記流体機械の等エントロピーヘッドを演算し、該等
エントロピーヘッドと前記設定吸込容積流量とに基づい
て前記流体機械の被駆動軸の目標回転速度を演算し、前
記流体機械の被駆動軸の回転速度を前記目標回転速度に
なるように制御する回転速度制御とを組み合わせて制御
することを特徴とする流体機械の流量制御方法。
【請求項２】請求項１記載の流体機械の流量制御方法
において、前記流体機械の流入通路または流出通路に介在する可変
案内羽根の開度を制御することによって前記流体機械に
吸い込まれる前記流体の流量を制御することを特徴とす
る流体機械の流量制御方法。
【請求項３】請求項１記載の流体機械の流量制御方法
において、前記流体機械の流入通路および流出通路に介在する可変
案内羽根の開度を制御することによって前記流体機械に
吸い込まれる前記流体の流量を制御することを特徴とす
る流体機械の流量制御方法。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の流体
機械の流量制御方法において、前記吸込状態量が、少なくとも前記流体機械に吸い込ま
れる前記流体の温度であることを特徴とする流体機械の
流量制御方法。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の流体
機械の流量制御方法において、前記設定吸込容積流量が予め設定された可変案内羽根固
定値を越えるとき、前記可変案内羽根の開度を固定し、
前記流体機械の被駆動軸の回転速度のみ制御することを
特徴とする流体機械の流量制御方法。